بررسی فرآیند خمکاری فشاری لوله و بهینه-سازی پارامترهای آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک

59,000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

بررسی فرآیند خمکاری فشاری لوله و بهینه­سازی پارامترهای آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک

ارائه شده براي دريافت درجه كارشناسي ارشد

توسط

……………..

 

استاد راهنما

دکتر بیژن ملائی داریانی

 

 

دانشکده مهندسی مکانیک

1389

چکیده

در صنایع فضایی، هواپیماسازی، خودروسازی و غیره قطعات لوله‌ای با شعاع خم کوچک از جنس آلیاژهای آلومینیوم، تیتانیوم و فولادهای زنگ‌نزن، در سیستم‌های هیدرولیکی، سوخت‌رسانی و انتقال گاز به صورت وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرند. شعاع خم این قطعات اغلب در حدود قطر خارجی لوله می‌باشد. در نتیجه امکان ایجاد عیوب چین‌خوردگی در شعاع داخلی خم، نازک شدن بیش از حد جدار لوله در شعاع بیرونی خم، خرابی سطح مقطع و غیره در این قطعات زیاد می‌باشد. خمکاری سرد این قطعات نیازمند استفاده از روش‌های خاص می‌باشد. یکی از این روش‌ها که برای خمکاری لوله‌های جدار نازک با شعاع‌های خم کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد، روش خمکاری فشاری است. در این روش، از مواد انعطاف‌پذیر به ویژه الاستومرهای پلی یورتان، لاستیک‌های مصنوعی و غیره به عنوان مندرل در داخل لوله استفاده می‌شود. بعد از قرار دادن مندرل در داخل لوله و اعمال فشار به مندرل، لوله و مندرل توسط سنبه به صورت همزمان به داخل قالب خم هدایت می‌شوند و لوله شکل پروفیل خم را به خود می‌گیرد.

در این پایان‌نامه از روش ترکیبی شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک جهت یافتن مقادیر بهینه پارامترهای فرایند خمکاری فشاری لوله با هدف تولید خم با حداقل چین‌خوردگی استفاده شده است. پنج پارامتر قطر نسبی لوله، شعاع نسبی خم، اصطکاک بین لوله و قالب، اصطکاک بین لوله و مندرل و فشار وارده به لاستیک به عنوان پارامترهای ورودی و حداکثر ارتفاع چین‌خوردگی به عنوان پارامتر خروجی در نظر گرفته شده اند. داده‌های مورد نیاز جهت آموزش شبکه عصبی از شبیه‌سازی‌های المان محدود در نرم افزار ABAQUS استخراج شدند. از شبکه عصبي پس انتشار خطا با الگوریتم آموزش لونبرگ-مارکوارت استفاده شد. این شبکه به عنوان تابع برازندگی در الگوريتم ژنتيك مورد استفاده قرار گرفت. به کمک الگوريتم ژنتيك، مقدار بهينه پارامترهای فرایند که منجر به تولید خم بدون چین‌خوردگی در لوله می‌شود، به دست آمدند. لازم به ذکر است که نتایج شبیه‌سازی‌های عددی با انجام تست‌هاي تجربی خمکاری لوله با دقت قابل قبولی صحه گذاری شدند.

کلید واژه: خمکاری فشاری لوله، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک.

فهرست مندرجات

عنوان                                                                                            شماره صفحه
فهرست اشکال ……………………………………………………………………………………..ح

فهرست جداول ……………………………………………………………………………………..م

علائم اختصاری …………………………………………………………………………………….ن

1- پيشگفتار. 1

1-1-   مقدمه  2

1-2-   تعاریف و پارامترهای خمكاري.. 4

1-3-   روش هاي خمكاري لوله. 6

1-3-1-  خمكاري فشاري.. 6

1-3-2-  خمکاری کششی.. 11

1-3-3-  خمكاري فشاري با بازوي متحرك… 13

1-3-4-  خمكاري پرسي.. 14

1-3-5-  خمكاري غلتکی.. 15

1-4-   عيوب خمكاري لوله. 17

1-4-1-  برگشت فنري.. 18

1-4-2-  چين خوردگي.. 18

1-4-3-  خرابي سطح مقطع لوله. 19

1-4-4-  تغييرات ضخامت… 21

1-4-5-  پارگي  21

1-5-   مروري بر كارهاي انجام شده 22

1-6-   تعریف و اهداف پايان‌نامه. 34

1-7-   بخش‌بندي پايان‌نامه. 35

2- سيستم‌هاي هوشمند (شبكه‌هاي عصبي و الگوريتم ژنتيك). 37

2-1-   مقدمه اي بر شبكه‌هاي عصبي مصنوعي.. 38

2-1-1-  مدل رياضي نرون. 39

2-1-2-  تابع تبديل يا تابع محركه. 42

2-1-3-  ساختار شبکه. 44

2-1-3-1-    شبکه های چند لایه. 45

2-1-4-  يادگيري.. 47

2-1-4-1-    انواع یادگیری.. 47

2-1-4-2-    شبكه آدالاين.. 48

2-1-4-3-    قانون يادگيري ويدرو-هوف يا LMS. 49

2-1-4-4-    قانون یادگیری پرسپترون. 49

2-1-4-5-    قانون یادگیری گرادیان کاهشي.. 50

2-1-5-  الگوريتم پس انتشار. 51

2-1-5-1-    اصول الگوريتم پس انتشار خطا 52

2-1-5-2-    الگوريتم لونبرگ… 53

2-2-   مقدمه‌اي بر الگوريتم ژنتيك… 54

2-2-1-  ساختار الگوريتم ژنتيك… 55

2-2-2-  كدگذاري.. 58

2-2-2-1-    كدگذاري دو دويي.. 59

2-2-2-2-    كدگذاري جايگشتي.. 59

2-2-2-3-    كدگذاري مقداري.. 60

2-2-3-  انتخاب   60

2-2-3-1-    روش چرخ گردان. 61

2-2-3-2-    روش رتبه بندي.. 62

2-2-3-3-    روش مسابقه اي.. 63

2-2-3-4-    نخبه گزيني.. 63

2-2-4-  توليد مثل.. 64

2-2-4-1-    تقاطع تك نقطهاي.. 64

2-2-4-2-    تقاطع دو نقطهاي.. 65

2-2-4-3-    تقاطع چند نقطهاي.. 66

2-2-4-4-    تقاطع يكنواخت… 66

2-2-5-  جهش    67

2-2-5-1-    وارون كردن. 67

2-2-5-2-    تبادل. 68

2-2-5-3-    معكوس كردن. 68

2-2-6-  تابع هدف و تابع برازندگي.. 69

2-2-7-  پارامترهاي الگوريتم ژنتيك… 70

2-2-8-  تفاوت الگوريتم ژنتيك با ديگر روشهاي جستجو. 73

3- مدل‌سازی فرآيند به کمک نرم‌افزار المان محدود. 75

3-1-   مقدمه  76

3-2-   تحلیل المان محدود خمکاری فشاری لوله. 77

3-2-1-  مقدمه. 77

3-2-2-  مدلسازی هندسی.. 77

3-2-3-  تعریف خواص مکانیکی.. 79

3-2-4-  مراحل تحلیل المان محدود خمکاری فشاری لوله. 86

3-2-5-  شرایط تماسی و اصطکاک… 86

3-2-6-  قیود و بارگذاری.. 87

3-2-7-  شبکه‌بندی اجزای مدل شده 88

4- آزمایش‌ها و کارهای تجربی.. 90

4-1-   مقدمه  91

4-2-   تست کشش لوله. 91

4-3-   تست کشش الاستومر. 96

4-4-   ساخت قالب… 100

4-5-   تست خم لوله. 101

5- ارائه نتایج و بحث… 108

5-1-   مقدمه  109

5-2-   مقایسه نتایج شبیه‌سازی عددی و تجربی.. 110

5-2-1-  نیروی‌های شکل‌دهی.. 110

5-2-2-  توزیع ضخامت و کرنش‌ها 112

5-2-3-  شکل لوله خم. 119

5-3-   بررسی اثر پارامترهای فرایند بر توزیع ضخامت در شعاع خارجی خم. 121

5-4-   طراحی آزمایش… 124

5-4-1-  بررسی میزان تاثیر پارامترها بر روی خروجی.. 125

5-5-   ویژگی‌های شبکه عصبی استفاده شده 131

5-5-1-  ویژگی‌های شبکه عصبی آموزش داده شده برای خم لوله برنجی.. 133

5-5-2-  ویژگی‌های شبکه عصبی آموزش داده شده برای خم لوله فولادی.. 140

5-6-   ویژگی‌های الگوریتم ژنتیک به کار گرفته شده 146

5-6-1-  بهینه‌سازی خم لوله برنجی.. 148

5-6-2-  بهینه‌سازی خم لوله فولادی.. 150

5-6-3-  مقایسه نتایج بهینه‌سازی.. 152

6- نتیجه‌گیری و پیشنهادات… 155

6-1-   نتیجه‌گیری.. 156

6-2-   پیشنهادها برای ادامه کار. 157

7- مراجع.. 159

8- پیوست‌ها 164

 

فهرست اشکال

عنوان                                                                                       شماره صفحه
 
شکل (‏1‑1): چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله. 2

شکل (‏1‑2): پارامترهای رايج در خمكاري لوله. 4

شکل (‏1‑3): شماتيك فرایند خمكاري فشاری ‏[7] 10

شکل (‏1‑4): شماتيك فرایند خمكاري كششي a)قبل از خمكاري b) بعد از خمكاري. 12

شکل (‏1‑5): شماتيك فرایند خمكاري فشاري با بازوي متحرك a) قبل از خمكاري b) بعد از خمكاري. 14

شکل (‏1‑6): شماتيك فرایند خمكاري پرسي a) قبل از خمكاري b)بعد از خمكاري. 16

شکل (‏1‑7): شماتيك فرایند خمكاري غلتكي با سه غلتك. 17

شکل (‏1‑8): برگشت فنري.. 19

شکل (‏1‑9): چين‌خوردگي در لوله در شعاع داخلي خم ‏[9] 19

شکل (‏1‑10): خرابي سطح مقطع لوله بر اثر خمكاري (تخت شدن شدن در شعاع بيروني و بيضي شدن) 20

شکل (‏1‑11): تغييرات ضخامت لوله در خمكاري.. 21

شکل (‏2‑1): مقايسه بين سلول عصبي طبيعي و مصنوعي.. 39

شکل (‏2‑2): نمايش مدل يك نرون مصنوعي ساده 40

شکل (‏2‑3): يك نرون با بردار ورودي p. 41

شکل (‏2‑4): شبكه عصبي تك لايه با S نرون. 44

شکل (‏2‑5): نمايش فرم ساده شده يك شبكه عصبي تك لايه با S نرون و R ورودي.. 45

شکل (‏2‑6): شبكه عصبي سه لايه. 46

شکل (‏2‑7): نمايش فرم ساده يك شبكه عصبي سه لايه. 47

شکل (‏2‑8): شبكه آدالاين.. 48

شکل (‏2‑9): نمايش ژن‌ها در يك كروموزوم. 56

شکل (‏2‑10): فلوچارت الگوريتم ژنتيك… 56

شکل (‏2‑11): كدگذاري باينري.. 59

شکل (‏2‑12): كدگذاري جايگشتي.. 60

شکل (‏2‑13): كدگذاري مقداري.. 60

شکل (‏2‑14): نحوه انجام انتخاب… 61

شکل (‏2‑15): روش انتخاب چرخ گردان. 62

شکل (‏2‑16): تقاطع تكنقطهاي.. 65

شکل (‏2‑17): تقاطع دونقطهاي.. 65

شکل (‏2‑18): تقاطع يكنواخت… 67

شکل (‏2‑19): جهش flipping. 68

شکل (‏2‑20): جهش به روش تبادل. 68

شکل (‏2‑21): جهش به روش عكس كردن. 69

شکل (‏2‑22): نقاط بهينه محلي و کلي در يک فضاي طراحي.. 72

شکل (‏3‑1): هندسه مدل شده جهت تحليل المان محدود فرايند خمكاري.. 78

شکل (‏3‑2): نمودار تنش حقیقی-کرنش حقیقی در ناحیه پلاستیک… 81

شکل (‏3‑3): خطای نسبی سه مدل انرژی کرنشی مونی-ریولین، نئوهوکی و یئو. 85

شکل (‏3‑4): شبکه‌بندی مندرل، لوله، قالب و راهنمای لوله. 89

شکل (‏4‑1): ابعاد مغزيهاي فلزي و موقعيت قرارگيري آن. 92

شکل (‏4‑2): مغزيهاي فلزي استفاده شده براي تست كشش لوله. 92

شکل (‏4‑3): (a) لوله برنجي قبل از كشش (b) گلويي كردن و شكست لوله برنجي بعد از كشش… 93

شکل (‏4‑4): گلويي كردن و شكستن نمونه فولادي.. 94

شکل (‏4‑5): نمودار تنش-كرنش مهندسي و حقيقي براي برنج.. 95

شکل (‏4‑6): نمودار تنش-كرنش مهندسي و حقيقي براي فولاد SS 304. 95

شکل (‏4‑7): ابعاد نمونه استاندارد برای تست کشش مطابق ASTM D412 (Die C) 96

شکل (‏4‑8): قالب استاندارد برای برش نمونههای دمبل شکل.. 97

شکل (‏4‑9): (a) دستگاه تست كشش لاستيك، (b) نمونه بعد از افزايش طول 200 درصد. 98

شکل (‏4‑10): نتايج تست كشش سه نمونه پلي يورتان با سختي 80 شور A با سرعت 500 ميلي متر بر دقيقه. 98

شکل (‏4‑11): نمودار تنش اسمي-كرنش اسمي نمونههاي كشش و متوسط آن ها 99

شکل (‏4‑12): اجزای قالب خمکاری فشاری.. 100

شکل (‏4‑13): مقایسه تاثیر مندرل بر روی تغییر شکل لوله، (a) خمکاری با مندرل چند تکه ، (b) خمکاری با مندرل یکپارچه نرم. 102

شکل (‏4‑14): اندازه‌گیری حداکثر ارتفاع چین‌خوردگی در محل خم. 103

شکل (‏4‑15): اثر فشار بر چین‌خوردگی لوله برنجی، (a) فشار 3.8، (b) فشار 24.7 مگاپاسکال. 104

شکل (‏4‑16): اثر فشار بر چین‌خوردگی لوله فولادی، (a) فشار 24.7 مگاپاسکال، (b) فشار 39.3 مگاپاسکال. 104

شکل (‏4‑17): نمونه‌ای از قطعات خم شده در قالب خم فشاری.. 105

شکل (‏4‑18): لوله اچ‌ شده با دایره‌های به قطر 5 میلی‌متر. 106

شکل (‏4‑19): انواع حالت‌های ممکن برای تغییر شکل شبکه دایره‌ای، (a) کشش تک محوری، (b) کرنش صفحه‌ای، (c) کشش دو محوری.. 106

شکل (‏4‑20): محل‌های اندازه گیری ضخامت جدار لوله در سطح مقطع برش… 107

شکل (‏5‑1): نمودار نیروی خمکاری لوله فولادی.. 110

شکل (‏5‑2): نمودار نیروی خمکاری لوله برنجی.. 111

شکل (‏5‑3): شماتیک محل اندازه‌گیری کرنش‌ و ضخامت… 112

شکل (‏5‑4): کرنش حقیقی در شعاع داخلی خم در لوله فولادی.. 113

شکل (‏5‑5): کرنش حقیقی در شعاع بیرونی خم در لوله فولادی.. 113

شکل (‏5‑6): کرنش حقیقی در شعاع داخلی خم در لوله برنجی.. 115

شکل (‏5‑7): کرنش حقیقی در شعاع بیرونی خم در لوله برنجی.. 115

شکل (‏5‑8): a) توزیع ضخامت در مقطع با زاویه خم 45 درجه در لوله فولادی، b) جهت اندازه‌گیری.. 118

شکل (‏5‑9): a) توزیع ضخامت در مقطع با زاویه خم 45 درجه در لوله برنجی، b) جهت اندازه‌گیری.. 119

شکل (‏5‑10): مقایسه نتایج تجربی و المان محدود خمکاری لوله فولادی، a)فشار کم، b) فشار زیاد. 120

شکل (‏5‑11): مقایسه نتایج تجربی و المان محدود خمکاری لوله برنجی، a)فشار کم، b) فشار زیاد. 121

شکل (‏5‑12): میانگین کمترین ضخامت جدار لوله در سطوح مختلف پارامترهای فرایند a) لوله فولادی b) لوله برنجی.. 123

شکل (‏5‑13): اثر متقابل بین فشار و اصطکاک میان لوله و قالب در تغییر ضخامت لوله برنجی در شعاع خارجی خم. 123

شکل (‏5‑14): اثر اصلی عوامل مختلف در بررسی چین خوردگی در خمکاری لوله برنجی.. 126

شکل (‏5‑15): اثرات متقابل عوامل مختلف در بررسی چین خوردگی در خمکاری لوله برنجی.. 128

شکل (‏5‑16): اثر اصلی عوامل مختلف در بررسی چین خوردگی در خمکاری لوله SS304. 129

شکل (‏5‑17): تاثیر عوامل مختلف بر روی چین خوردگی در SS304 با در نظر گرفتن اثر متقابل آن‌ها 130

شکل (‏5‑18): ساختار شبکه عصبی مورد استفاده 132

شکل (‏5‑19): فرایند یادگیری شبکه عصبی brass-net 136

شکل (‏5‑20): نمودار رگراسیون برای (a داده های آموزش، (b داده های تست، (c داده های تصدیق و (d کل داده ها برای شبکه brass-net 137

شکل (‏5‑21): مقایسه جواب‌های المان محدود و شبکه عصبی brass-net روی داده‌های تست… 138

شکل (‏5‑22): بررسی پایداری شبکه عصبی brass-net در پیشبینی ارتفاع چینخوردگی.. 140

شکل (‏5‑23): فرایند یادگیری شبکه عصبی ss304-net 142

شکل (‏5‑24): نمودار رگراسیون برای (a داده های آموزش، (b داده های تصدیق، (c داده های تست و (d کل داده ها برای شبکه ss304-net 143

شکل (‏5‑25): مقایسه جواب‌های المان محدود و شبکه عصبی ss304-net روی داده‌های تست… 144

شکل (‏5‑26): بررسی پایداری شبکه عصبی ss304-net در پیشبینی ارتفاع چینخوردگی.. 145

شکل (‏5‑27): روند تغییرات تابع برازندگی brass-net برای حالت اول. 150

شکل (‏5‑28): روند تغییرات تابع برازندگی ss304-net 151

شکل (‏5‑29): جواب‌های بهینه برای خم a) لوله برنجی و b) لوله فولادی.. 154

شکل (الف-1): نمای انفجاری قالب خمکاری فشاری مورد استفاده در این پروژه 165

شکل (الف-2): نيمه سمت چپ قالب براي خمكاري با شعاع 1.5D.. 166

شکل (الف-3): نيمه سمت راست قالب براي خمكاري با شعاع 1.5D.. 166

شکل (الف-4): راهنماي لوله (قطر خارجي لوله 25 ميليمتر) 167

شکل (الف-5): كفه بالايي قالب خمكاري.. 167

شکل (الف-6): قالب خمکاری در حالت بسته شده 168

شکل (ب-1): نیروی شکل‌دهی در خمکاری لوله برنجی با قطر 25 میلی‌متر و ضخامت 1 میلی‌متر. 169

شکل (ب-2): نیروی شکل‌دهی در خمکاری لوله فولادی SS304 با قطر 25 میلی‌متر و ضخامت 1 میلی‌متر. 170

شکل (ب-3): تست کشش لوله فولادی SS304. 171

شکل (ب-4): تست کشش لاستیک (پلی‌یورتان مطابق استاندارد ASTM D412) 172

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                       شماره صفحه
 
جدول (‏1‑1): پارامترهای خمكاري.. 6جدول (‏2‑1): چند نمونه از توابع تبديل پركاربرد در شبكه‌هاي عصبي.. 43

جدول (‏3‑1): خواص مکانیکی لوله‌های فولادی زنگ نزن و برنجی.. 81

جدول (‏4‑1): ابعاد نمونه هاي تست شده (ابعاد به ميليمتر ميباشند) 97

جدول (‏4‑2): ضرايب مدل موني-ريولين حاصل از دادههاي تست كشش… 99

جدول (‏4‑3): آزمایش‌های تجربی انجام شده 101

جدول (‏5‑1): مقادیر ضخامت در شعاع داخلی و خارجی خم. 116

جدول (‏5‑2): پارامترهای طراحی و تعداد سطوح آن‌ها جهت طراحی آزمایش… 125

جدول (‏5‑3): نتایج حاصل برای آموزش شبکه عصبی در خمکاری لوله برنجی.. 134

جدول (‏5‑4): نتایج حاصل برای آموزش شبکه عصبی در خمکاری لوله فولادی.. 141

جدول (‏5‑5): مقادیر مجاز پارامترهای فرایند برای دو حالت مطالعه موردی.. 147

جدول (‏5‑6): مقادیر پارامترهای تنظیمی الگوریتم ژنتیک… 147

جدول (‏5‑7): نتایج بهینه الگوریتم ژنتیک با تابع برازندگی brass-net در 10 بار تکرار برای حالت اول. 149

جدول (‏5‑8): نتایج بهینه الگوریتم ژنتیک با تابع برازندگی ss304-net در 10 بار تکرار برای حالت اول. 151

جدول (ج-1): داده‌های المان محدود برای خمکاری فشاری SS304. 173

جدول (ج-2): داده‌های المان محدود برای خمکاری فشاری لوله برنجی.. 176

 

 

 

 

فصل اول

 

 

 

                                                                                                           1-پيشگفتار

 

 

 


 

 

          1-1-    مقدمه

قطعات لوله‌ای از نسبت استحکام به وزن بالایی برخوردار هستند به همین دلیل در صنايع هواپيماسازي، خودرو، نفت و گاز، اسباب و اثاثيه منزل، سازه‌هاي مكانيكي و غیره جهت انتقال سیال، سازه بدنه و غیره به صورت وسیعی به كار گرفته مي‌شوند. در شکل (‏1‑1) چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله نشان داده شده است.

شکل (‏11): چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله

در گذشته خمکاری لوله یک هنر تلقی می‌شد و خمکاری اکثراً توسط افراد ماهری که در طی چندین سال تجربه کسب کرده‌ بودند انجام می‌گرفت. در چند دهه اخیر تحقیقات گسترده‌ای در زمینه خمکاری لوله‌ها به منظور ایجاد دانش پایه در این زمینه صورت گرفته است. به کمک کارهای تجربی، تحلیل‌های تئوری و شبیه‌سازی‌های عددی درک بهتری از نحوه تغییر شکل لوله در حین خمکاری فراهم شده است.

روش‌های مختلفی جهت خمکاری لوله‌ها وجود دارد. هر یک این روش‌ها با توجه به نوع و کیفیت خمی که می‌توانند تولید کنند دارای کاربردها و محدودیت‌هایی می‌باشند. انواع روش‌های خمکاری لوله‌ها شامل خمکاری برشی[1]، خمکاری کششی[2]، خمکاری فشاری با بازوی متحرک[3]، خمکاری پرسی[4]، خمکاری فشاری[5] و خمکاری غلتکی[6] و غیره می‌باشند. انتخاب یک روش خمکاری بستگی به : 1) کیفیت خم و نرخ تولید مورد نظر و 2) جنس لوله، شعاع خم نسبي(R/D)، قطر نسبی لوله(D/t) و دقت لازم (D قطر خارجي، t ضخامت و R شعاع خط مرکزی خم مي‌باشند) دارد. به عنوان مثال برای خمکاری لوله‌های جدار نازک با نرخ تولید زیاد و دقت بالا، مناسب‌ترین گزینه استفاده از روش خمکاری کششی می‌باشد.

در موتور هواپيماها و فضاپيماها، قطعات لوله‌اي با شعاع خم كوچك از جنس‌‌هاي آلومينيوم، تيتانيوم و آلياژهاي با استحكام بالا به صورت فراوان به كار گرفته مي‌شوند. شعاع خم اين قطعات لوله‌اي در برخی موارد در حدود قطر خارجي آن‌ها می‌باشد كه با روش‌هاي رایج خمكاري سرد لوله‌ها قابل تولید نیستند. در این موارد لازم است روش‌هاي جديدي جهت توليد خم با كيفيت مطلوب مورد استفاده قرار گيرند. يكي از اين روش‌ها، خمكاري فشاري لوله مي‌باشد كه در آن خمكاري تحت فشار داخلي مندرل لاستیکی انجام مي‌گيرد. این روش در مقایسه با سایر روش‌های خمکاری لوله‌ها دارای مزایایی مانند دقت و بازدهی بالا، هزینه پایین و تولید خم با کیفیت خوب می‌باشد ‏[1].

          1-2-    تعاریف و پارامترهای خمكاري

در شکل (‏1‑2) پارامترهای خمكاري لوله نشان داده شده است. هر يك از اين پارامترها را مي‌توان به صورت زير تعريف نمود ‏[2].

  • سطح خمش: سطحي كه از شعاع خط مركزي لوله (شعاع خم) عبور مي كند و عمود بر جهت چرخش خم مي باشد.
  • خط مركزي لوله (CL): خط ممتدي كه هر نقطه واقع در مركز سطح مقطع لوله را به هم وصل مي كند.

شکل (‏12): پارامترهای رايج در خمكاري لوله

  • ديواره خارجي خم[7]: كمان/لبه بيروني خم مي باشد.
  • ديواره داخلي خم[8]: كمان/لبه داخلي خم مي باشد.
  • شعاع خط مركزي (CLR): فاصله بين مركز چرخش خم و خط مركزي لوله مي‌باشد كه شعاع خم نيز ناميده مي‌شود. در صنعت خمكاري معمولاً شعاع خم بر حسب ضريبي از قطر خارجي لوله (OD) و به صورت mD بيان مي شود. به عنوان مثال وقتي لوله اي به قطر خارجي 30 ميلي متر با 5D CLRخم مي شود يعني اينكه شعاع خم برابر 45 ميلي متر مي باشد.
(‏1‑1)
  • انحناي خم: عكس شعاع خط مركزي را انحناي خم مي گويند.
(‏1‑2)
  • مماس: ناحيه مستقيم لوله در دو انتهاي خم را مماس مي گويند و مي تواند هر مقداري داشته باشد. لوله خم شده اي كه در هر دو انتها فاقد مماس باشد تحت عنوان لوله با مماس صفر خوانده مي شود.
  • قطر لوله: هرگاه قطر لوله به تنهايي به كار رود منظور قطر خارجي لوله مي باشد.

جدول (‏11): پارامترهای خمكاري

نماد توضيح
CLR شعاع خط مركزي
CL خط مركزي لوله
OD قطر خارجي لوله
ID قطر داخلي لوله
DOB زاويه خم
t ضخامت اوليه جدار لوله
to ضخامت ديواره خارجي لوله در محل خم
ti ضخامت ديواره داخلي لوله در محل خم

          1-3-    روش هاي خمكاري لوله

روش‌هاي زيادي براي خمكاري لوله‌ها وجود دارد. بعضی از این روش­ها به صورت گرم و برخی دیگر به صورت سرد انجام می­شوند. در این بخش فقط در مورد روش­های خمکاری سرد لوله­ها بحث خواهد شد. هر يك از اين روش‌ها داراي كاربردها و محدوديت هايي از لحاظ نوع خم، حداكثر زاويه خمي كه مي­توانند ايجاد كنند، هزینه­های تولید و کیفیت خم مي­باشند. انتخاب روش خمكاري بستگي به: 1) كيفيت خم و تعداد توليد و 2) قطر لوله، ضخامت لوله و شعاع خم لوله دارد ‏[3].

   1-3-1-    خمكاري فشاري

خمكاري فشاري از جمله روش‌هاي خمكاري سرد لوله است كه اخيراً مورد توجه زياد قرار گرفته است. از اين روش بيشتر براي توليد خم‌هاي با شعاع كم در لوله‌هاي جدار نازك استفاده مي‌شود. از جمله مزیت­های اين روش امكان توليد خم‌هاي با شعاع كوچك در حدود قطر خارجي لوله، توليد خم با تغييرات ضخامت كم، تغيير سطح مقطع (بيضي شدن) كم و تجهيزات ارزان­تر در مقايسه با ساير روش‌هاي خمكاري لوله مي‌باشد.

قطعات خمکاری كه در موتور هواپيماها و سفينه‌هاي فضايي بكار مي‌روند باید اولاً فضاي كمي اشغال كنند و ثانياً از كيفيت و استحكام بالايي برخودار باشند. برای اینکه این قطعات فضای کمی اشغال کنند لازم است که خمکاری با شعاع كوچك انجام شود و برای دستیابی به کیفیت و استحکام مناسب باید از يك روش خمكاري مناسب استفاده کرد. با کمک روش خمكاري فشاري می توان خم­هایی که این دو ویژگی را دارند را تولید نمود.

قالب خم مورد استفاده در این روش خمکاری دارای پرفیل خمی مشابه با شکل نهایی خم مورد نظر می­باشد. قطر داخلی این پروفیل خم برابر با قطر بیرونی لوله می­باشد. در داخل لوله از مندرل لاستیک مانند استفاده می­شود که تحت شرایط فشاری مشابه سیال رفتار می­کند. بین لوله و مندرل باید مقداری کلیرنس در نظر گرفته شود تا در انتهای خمکاری بتوان به راحتی آن را از داخل لوله خارج نمود. موادی مانند لاستیک یورتان[9]، رزین اپوکسی ریختگی[10]، لاستیک طبیعی[11] و لاستیک مصنوعی[12] جهت استفاده به عنوان مندرل مناسب می­باشند. زیرا این مواد خاصیت الاستیکی بالایی دارند و بعد از خمکاری و برداشتن فشار از روی آن­ها به شکل اولیه خود باز می­گردند و به راحتی می­توان آن­ها را از داخل لوله خارج نمود. فشار داخلی ایجاد شده در لوله باعث می­شود لوله در حین خمکاری در تماس با سطح داخلی قالب باقی بماند و در نتیجه از خراب شدن سطح مقطع لوله جلوگیری می­شود. علاوه بر این تامین فشار لازم برای جلوگیری از چین­خوردگی در شعاع داخلی خم ضروری می­باشد ‏[4].

جنس مندرل در کیفیت خم تولیدی موثر است. اگر مندرل نرم باشد در حین عملیات خمکاری فشار ایجاد شده در آن حتی در ناحیه بیرون تار خنثی مثبت خواهد بود. در نتیجه در این ناحیه فشار کافی به لوله وارد شده و لوله در تماس با سطح داخلی قالب باقی خواهد ماند و از تخت شدن و خرابی سطح مقطع آن جلوگیری می­شود. در صورتی­که مندرل از جنس سخت باشد فشار ایجاد در آن در ناحیه بیرونی تار خنثی به صورت منفی خواهد بود بنابراین لوله از سطح قالب فاصله گرفته و سطح مقطع آن بیضی شکل می­گردد. اما مسئله دیگری که در استفاده از لاستیک نرم وجود دارد خم شدن لوله در محل اعمال نیرو سنبه می­باشد. این عیب در صورت استفاده از لاستیک سخت به وجود نمی­آید. برای رفع این عیوب و بهره جستن از مزایای هر یک از لاستیک­های سخت و نرم استفاده از مندرل با ترکیبی از لاستیک سخت و نرم پیشنهاد شده است. در صورت استفاده از مندرل با ترکیبی از لاستیک سخت و نرم، عیوب ذکر شده در بالا رفع خواهند شد. علاوه بر آن عمر لاستیک‌ها و تعداد دفعاتی که می‌توان لاستیک‌ها را مورد استفاده قرار داد نیز افزایش می‌یابد ‏[5]، ‏[6].

در حالتی­که از مندرل با ترکیب دو جنس سخت و نرم استفاده می­شود. لاستیک سخت در دو انتهای لوله و لاستیک نرم در وسط آن­ها قرار می­گیرد. لاستیک­های سخت کناری نقش ترمزی نیز دارند. به این صورت که بعد از اعمال فشار، مقداری افزایش قطر پیدا کرده و با سطح داخلی لوله کاملاً درگیر می­شوند و درحین خمکاری نباید بین آن­ها و لوله لغزش رخ دهد زیرا از میزان فشار ایجاد شده توسط لاستیک نرم میانی کاسته می­شود و در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار کافی وارد نخواهد شد و احتمال چین­خوردگی و بیضی شدن مقطع لوله فزایش می­یابد ‏[6].

در روش خمكاري فشاري ابتدا مندرل لاستيكي در داخل لوله قرار داده‌ مي‌شود. سپس مجموعه‌ي لوله و مندرل در داخل راهنمای لوله قرار گرفته و توسط سنبه جلویی به مندرل فشار وارد می‌شود. این فشار تا پایان عملیات خمکاری ثابت باقی می‌ماند. فشار وارد شده به مندرل موجب افزایش قطر آن می‌گردد در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار اعمال می‌شود. در انتها لوله و مندرل توسط سنبه به داخل قالب رانده می‌شوند درنتيجه لوله شکل پروفيل قالب را به خود مي‌گيرد. بعد از خمکاری فشار از روی مندرل برداشته می­شود و دو کفه قالب باز شده و لوله و مندرل از داخل قالب خارج می­شوند.

در اين فرايند براي ايجاد فشار در داخل لوله از يك ماده انعطاف‌پذير (معمولاً الاستومر[13]) استفاده مي‌شود. پارامترهاي تاثيرگذار بر شكل نهايي لوله شامل فشار داخلي، شرايط اصطكاكي بين لوله و قالب و بين لوله و مندرل، شكل اوليه لوله، ابعاد و خواص مكانيكي لوله، سرعت سنبه و غیره مي­باشند. انتخاب مناسب هريك از اين پارامترها در كيفيت خم توليد شده موثر خواهد بود. در شکل (‏1‑3) شماتيك اين فرايند نشان داده شده است ‏[7].

شکل (‏13): شماتيك فرایند خمكاري فشاری ‏[7]

استفاده از روش خمکاری فشاری در مواردی که تیراژ تولید پایین باشد بسیار سودمند می­باشد زیرا با هزینه کم می توان تجهیزات خمکاری آن را تولید کرد و علاوه بر این دقت قطعات خمکاری در این روش بالا می­باشد. به خصوص در صنایع هوایی که لازم است قطعات مورد استفاده از دقت بالایی برخوردار باشند. در چنین مواردی هزینه کردن برای خرید تجهیزات خمکاری کششی CNC با توجه به قیمت بالای آنها مقرون به صرفه نخواهد بود. بنابراین می­توان نتیجه گرفت براي توليد خم (بويژه خم‌هاي با شعاع كوچك) در تیراژ كم و با دقت بالا مناسب‌ترين گزينه روش خمکاری فشاری مي‌باشد.

روش خمكاري فشاري براي خمکاری­هایی كه در آن­ها زاويه خم بين 15 تا 120 درجه، شعاع‌هاي خم از 20 تا 160 ميلي‌متر و ضخامت لوله در حدود 0.5 تا 2 ميلي‌متر است مناسب مي‌باشد ‏[1].

   1-3-2-    خمکاری کششی

خمکاری کششی يكي از روش‌هاي بسیار رایج خمكاري لوله و پروفيل مي‌باشد كه روي ماشين‌هاي خمكاري چرخشي انجام مي‌شود. اين ماشين‌ها با نيروي هيدروليكی، پنوماتيكی یا مكانيكي/الكتريكي كار مي‌كنند و ممكن است به صورت دستي يا كنترل عددي كنترل شوند. اجزاي اصلي قالب خمكاري چرخشي شامل قالب خم دوراني[14]، قالب فشاري[15]، گيره، مندرل[16] و قالب جاروب­كن[17] مي‌باشند. تمامی این اجزاء به جز مندرل و قالب جاروب‌کن در شکل (‏1‑4) نشان داده شده‌اند.

در روش خمکاری کششی، لوله از يك انتها توسط گيره به قالب دوراني مقيد مي‌شود. سپس توسط يك بازویی، ‌مندرل به درون لوله هدايت مي‌شود. با چرخش قالب دوراني لوله روي قالب فشاري كشيده شده و به داخل قالب خم هدايت می‌شود. چرخش قالب دورانی به اندازه‌ای است که زاويه خم مورد نظر در لوله ايجاد شود. قالب فشاري مي‌تواند ثابت يا متحرك باشد و در صورت متحرك بودن توسط يك جك به جلو و عقب حركت مي‌كند. سطوح گيره را بصورت آجدار مي‌سازند در نتيجه حداكثر اصطكاك را به منظور محكم گرفتن لوله فراهم مي‌آورد. سطوح قالب فشاری، مندرل و قالب جاروب­كن بايد كاملاً پرداخت باشند چون موقع خمكاري در تماس با سطح لوله حركت مي‌كنند. شکل (‏1‑4) شماتيك روش خمكاري کششی را نشان می­دهد.

شکل (‏14): شماتيك فرایند خمكاري كششي a)قبل از خمكاري b) بعد از خمكاري.

در روش خمكاري کششی، قالب فشاري با ايجاد فشار به لوله در شعاع بيروني خم، از نازك شدن بيش از حد لوله جلوگيري مي‌كند. اين عمل، در خمکاری با زاويه خم بزرگ و شعاع خم كوچك بسيار مفيد خواهد بود. مندرل همراه با قالب جاروب كن براي جلوگيري از چين خوردگي و خراب شدن سطح مقطع لوله ممكن استفاده شود ولي استفاده از مندرل در حد امكان بايد پرهيز شود زيرا هزينه‌هاي توليد را افزايش مي‌دهد.

در اين روش امكان كنترل جريان ماده وجود دارد. بنابراين مي‌توان از آن براي خمكاري لوله‌هاي جدار نازك و شعاع خم‌هاي كوچك استفاده نمود. براي ضخامت‌هاي كمتر از 0.4 ميلي‌متر نبايد از اين روش استفاده نمود زيرا ابزاربندي در اين حالت بسيار پيچيده خواهد بود ‏[2].

   1-3-3-    خمكاري فشاري با بازوي متحرك

در این روش لوله بدون استفاده از مندرل يا ابزاربندي دقيق توليد مي‌شود. خمكاري فشاري مشابه

                                                                                                                    2-مراجع

  • Zeng, Y.; Li, Z. “Experimental research on the tube push-bending process”, Mater. Proc. Tech., Vol. 122, 2002, PP 237-240
  • John, G., Pipe and Tube Bending Manual, 1st Ed, Texas, Houston, Gulf Publishing Company,1984
  • Kervick, R.J.; and Springborn, R.K.; Cold bending and forming tube and other sections, American Society of Tool and Manufacturing Engineering, 1966
  • Armstrong, D.E.; Dunn, A.J.J.; Dunn, T.J.J.; Cold tube bending, US Patent 2907102, 1959
  • Sohankar, M.; Farzin, M.; Abbasi, H.; “Simulation and optimization of working conditions during push bending process”, 15th. Annual (International) Conference on Mechanical Engineering, (May 15-17, 2007), Amirkabir University of technology, Tehran, 2007
  • Armstrong, D.E.; Dunn, T.J.J.; Stulen, W.H.; Roeser, G.P.; Cold tube bending and sizing, US Patent 2971556, 1961
  • Al-Qureshi, H. A.; “Elastic-plastic analysis of tube bends”, J. Machine Tools and Manufacture,Vol. 39, 1999, PP 87-104
  • Paul, B.S.; Pipe and Tube Bending: a description of the methods and machines used in the shop and field for bending ferrous and non-ferrous pipe and tubing, 1st Ed, Industrial Press, 1953
  • Yang, H.; Lin, Y.;”Wrinkling analysis for forming limit of tube bending processes”, Mater. Proc. Tech., Vol. 152, 2004, PP 363-369
  • Baudin S.; Ray, P.; Mac Donald, B.J.; and Hashmi, M.S.J.; “Development of a novel method of tube bending using finite element simulation”, Mater. Proc. Tech., Vol. 153-154, 2004, PP 128-133
  • Zhang Y.; and Redekop, D.; “Shell element simulation of the push method of tube bending”, J. Achieve. Mat. Manufa. Eng., Vol. 17, 2006, PP 301-304
  • Xiao, X.T.; Liao, Y.J.; Sun, Y.S.; Zhang, Z.R.; Kerdeyev, Yu.P.; Neperish, R.I.; “Study on varying curvature push-bending technique of rectangular section tube”, J. Mater. Proc. Tech., Vol. 187-188, 2007, PP 476-479
  • Wang, J.; Wu, X.; Thomson, P.F.; Flitman, A.; “A neural networks approach to investigating the geometrical influence on wrinkling in sheet metal forming”, J. Mater. Proc. Tech., Vol. 105, 2000, PP 215-220
  • Mohanty, S.; Mahanty, B.; Mohapatra, P. K. J; “Optimization of Hot Rolled Coil Widths Using a Genetic Algorithm”, Int. J. Adv. Manuf. Tech., Vol. 18 (3), 2003, PP 447–462
  • Fenggou, C.; Dayong, Y.;“The study of high efficiency and intelligent optimization system in EDM sinking process”, Mater. Proc. Tech., Vol. 149, 2004, PP 83-87
  • Son, J. S.; Lee, D. M., Kim, I. S.; Choi, S. K.; “A study on genetic algorithm to select architecture of a optimal neural network in the hot rolling process”, Mater. Proc. Tech.,Vol. 153-154, 2004, PP 643-648
  • Liew, K.M.; Tan, H.; Ray, T.; Tan, M.J.; “Optimal process design of sheet metal forming for minimum springback via an integrated neural network evolutionary algorithm”, Struct. Multidisc Optim., Vol. 26, 2004, PP 284–294
  • Antonio, C. C.; Castro, C. F.; Sousa, L. C.; “Optimization of metal forming processes”, Computers and Structures, Vol. 82, 2004, PP 1425-1433
  • Castro, C. F.; Antonio, C. C.; Sousa, L. C.; “Optimisation of shape and process parameters in metal forging using genetic”, Mater. Proc. Tech., Vol. 146, 2004, PP 356-364
  • Noorul-Haq, A.; Sivakumar, K.; Saravanan, R.; Muthiah, V.; “Tolerance design optimization of machine elements using genetic algorithm”, Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 25, 2005, PP 217-222
  • Zhao, J.; Wang, F.; “Parameter identification by neural network for intelligent deep drawing of axisymmetric workpieces”, Mater. Proc. Tech., Vol. 166, 2005, PP 387-391
  • Wang, L.; Lee, T. C.; “Prediction of limiting dome height using neural network and finite element method”, Int. J. Adv. Manuf. Tech., Vol. 27, 2006, PP 1082–1088
  • Gheorghe, A.; Lucian, L.; Mioara, G. F.; Adrian, C. V.; “Investigations on Springback of Bent Tubes Using Design of Experiment and Artificial Neural Networks”, the 4th International Federation of Automatic Control Conference on Management and Control of Production and Logistics (27-30 September 2007), Sibiu-Romania, 2007
  • Sousa, L. C.; Castro, C. F.; Ant´onio, C. A. C.;“Optimal design of V and U bending processes using genetic algorithms”, Mater. Proc. Tech., Vol. 172, 2006, PP 35-41
  • Zhang, Y.; Zhao, S.; Zhang, Z.;“Optimization for the forming process parameters of thin-walled valve shell”,Thin-Walled Structures, Vol. 46 (4), 2008, PP 371-379
  • Shahin, M.; Elchalakani, M.; “Neural networks for modelling ultimate pure bending of steel circular tubes”, Journal of Constructional Steel Research, 64, 2008,PP 624–633
  • Wang, K.; Gelgele, H. L.; Wang, Y.; Yuan, Q.; Fang, Q.; “A hybrid intelligent method for modelling the EDM process”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 43, 2003, PP 995-999
  • Li, H. J.; Qi, L. H.; Han, H. M.; Gua, L. J.;“Neural network modeling and optimization of semi-solid extrusion for aluminum matrix composites”, Mater. Proc. Tech., Vol. 151, 2004, PP 126-132
  • Kurtaran, H.; Ozcelik, B.; Erzurumlu, T.;“Warpage optimization of a bus ceiling lamp base using neural network model and genetic algorithm”, Mater. Proc. Tech., Vol. 169, 2005, PP 314-319
  • Oktem, H.; Erzurumlu, T.; Erzincanli, F.;“Prediction of minimum surface roughness in end milling mold parts using neural network and genetic algorithm”, Materials and Design, Vol. 27, 2006, PP 735-744
  • Mousavi Anijdan, S. H.; Bahrami, A.; Madaah Hosseini, H. R.; Shafyei, A.;“Using genetic algorithm and artificial neural network analyses to design an Al–Si casting alloy of minimum porosity”, Materials and Design, Vol. 27, 2006, PP 605-609
  • Tseng, H. Y.;“Welding parameters optimization for economic design using neural approximation and genetic algorithm”, Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 27, 2006, PP 897-901
  • Mohammadi, F.; Kashanizade, H.; and Mosavi Mashadi, M.;”Optimization using finite element analysis, neural network, and experiment in tube hydroforming of aluminium T joints”, Proc. IMechE Part B: J. Engineering Manufacture, Vol. 221, 2007, PP 1299-1305
  • Mousavi Anijdan, S. H.; Madaah-Hosseini, H. R.; Bahrami, A.; “Flow stress optimization for 304 stainless steel under cold and warm compression by artificial neural network and genetic algorithm”, Materials and Design, Vol. 28, 2007, PP 609-615
  • Adineh, V. R.; Aghanajafi, C.; Dehghan, G. H.; Jelvani, S.;“Optimization of the operational parameters in a fast axial flow CW CO2 laser using artificial neural networks and genetic algorithms”, Optics & Laser Technology, Vol. 40, 2008, PP 1000-1007
  • John, S.; Sikdar, S.; Swamy, P.K.; Das, S.; Maity, B.; “Hybrid-neural GA model to predict and minimize flatness value of hot rolled strips”, Mater. Proc. Tech., Vol. 195, 2008, PP 314-320
  • Tsai, M. J.; Li, C. H.; Chen, C. C.;“Optimal laser-cutting parameters for QFN packages by utilizing artificial neural networks and genetic algorithm”, Mater. Proc. Tech., 208, 2008, PP 270-283
  • Wong, Z.; Chan, L. C.; Chunguang, W.; Pei, W.; “Optimization for Loading Paths of Tube Hydroforming Using a Hybrid Method”, Materials and Manufacturing Processes, Vol. 24, 2009, PP 700-708
  • Fu, Z.; Mo, J.; Chen, L.; Chen, W.;”Using genetic algorithm-back propagation neural network prediction and finite-element model simulation to optimize the process of multiple-step incremental air-bending forming of sheet metal”,Materials and Design, Vol. 31, 2010, PP 267–277
  • Donald, H.; Maurice, C. , Neural Networks and Artificial Intelligence for Biomedical Engineering, IEEE Press, Pages 202 to 205,1998
  • منهاج، محمد باقر، مبانی شبکه های عصبی، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1384.
  • Demuth, H.; Beale, M.; Hagan, M., Neural Network Toolbox™ 6, User’s Guide. The Mathworks™, 2007
  • عالم تبريز، اكبر؛ زنديه، مصطفي؛ محمد رحيمي؛ عليرضا، الگوريتم‌هاي فرا ابتكاري در بهينه سازي تركيبي، انتشارات صفار-اشراقی، 1387
  • Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox™ 2, User’s Guide. The Mathworks™ Inc., 2007.
  • Haupt, R. L.; Haupt, S. E., PRACTICAL GENETIC ALGORITHMS,Engineering Optimization ,Second edition, JOHN WILEY & SONS INC. PUBLICATION,2004
  • Sivanandam, ; Deepa, S.N., Introduction to Genetic Algorithms, Springer, 2008
  • Zalzala, M. S. A.; Fleming, P. J., Genetic Algorithms in Engineering Systems, The institutions of electrical engineers, 1997
  • مشهدی کشتیبان. پیمان،”بررسی پارامترهای کشش عمیق استوانه‌ای و بهینه کردن پارامترهای موثر به کمک الگوریتم ژنتیک”، پایان‌نامه کارشناسی ارشد مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1386
  • ABAQUS user manual, Hibbit Karlson and Sorensen Inc., Version 6.7, 2007
  • گردویی. مهدی،”بررسی اثر سرعت شکل‌دهی بر شکل‌پذیری ورق‌های فلزی”، رساله دکتری مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1388
  • Bishop, C.M., Neural Networks for Pattern Recognition, Oxford: Oxford University Press, 1995

 

 

 

 

                                                                                                         3-پیوست‌ها

 

 


پیوست (الف)

  • نقشه­هاي مربوط به اجزاي اصلي قالب خمكاري فشاري

شکل (‏81): شکل (الف-1): نمای انفجاری قالب خمکاری فشاری مورد استفاده در این پروژه

شکل (‏82): شکل (الف-2): نيمه سمت چپ قالب براي خمكاري با شعاع 1.5D

شکل (‏83): شکل (الف-3): نيمه سمت راست قالب براي خمكاري با شعاع 1.5D

شکل (‏84): شکل (الف-4): راهنماي لوله (قطر خارجي لوله 25 ميلي­متر)

شکل (‏85): شکل (الف-5): كفه بالايي قالب خمكاري

شکل (‏86): شکل (الف-6): قالب خمکاری در حالت بسته شده

پیوست (ب)

  • نمودار نیروهای شکل‌دهی و تست کشش لوله و لاستیک

شکل (‏87): شکل (ب-1): نیروی شکل‌دهی در خمکاری لوله برنجی با قطر 25 میلی‌متر و ضخامت 1 میلی‌متر

شکل (‏88): شکل (ب-2): نیروی شکل‌دهی در خمکاری لوله فولادی SS304 با قطر 25 میلی‌متر و ضخامت 1 میلی‌متر

شکل (‏89): شکل (ب-3): تست کشش لوله فولادی SS304

شکل (‏810): شکل (ب-4): تست کشش لاستیک (پلی‌یورتان مطابق استاندارد ASTM D412)

پیوست (ج)

  • داده‌های المان‌محدود برای لوله فولادی SS304

در جدول زیر مقادیر پارامترهای ورودی و خروجی برای خمکاری لوله فولادی SS304 ارایه شده است.

جدول (‏81): جدول (ج-1): داده‌های المان محدود برای خمکاری فشاری SS304

ردیف R/D D/t m1 m2 Pressure MWH
1 1.2 50 0.15 0.1 40 0.039
2 1.2 20 0.05 0.3 10 2.874
3 1.2 50 0.15 0.2 40 0.039
4 1.2 20 0.15 0.3 10 2.090
5 1.2 20 0.15 0.1 10 2.452
6 1.2 20 0.05 0.1 0 3.066
7 1.2 50 0.05 0.3 25 0.139
8 1.2 50 0.05 0.1 40 0.038
9 1.2 50 0.15 0.3 25 0.039
10 1.2 20 0.15 0.3 40 0.301
11 1.2 50 0.1 0.2 25 0.039
12 1.2 50 0.1 0.2 10 1.599
13 1.2 50 0.05 0.3 10 2.304
14 1.2 50 0.15 0.1 25 0.045
15 1.2 20 0.15 0.2 25 1.067
16 1.2 20 0.1 0.2 25 1.672
17 1.2 50 0.05 0.3 40 0.039
18 1.2 50 0.1 0.1 40 0.039
19 1.2 50 0.05 0.1 10 4.969
20 1.2 50 0.1 0.1 10 5.421
21 1.2 50 0.05 0.2 25 0.198
22 1.2 20 0.15 0.3 25 1.289
23 1.2 50 0.05 0.1 25 0.635
24 1.2 20 0.1 0.1 25 1.312
25 1.2 20 0.05 0.2 25 2.017
26 1.2 50 0.15 0.2 10 0.766
27 1.2 20 0.15 0.2 40 0.348
28 1.2 20 0.1 0.2 10 2.599
29 1.2 20 0.05 0.3 40 1.792
30 1.2 50 0.15 0.1 10 1.653
31 1.2 20 0.05 0.2 40 1.269
32 1.2 20 0.05 0.1 25 1.624
33 1.2 50 0.15 0.2 25 0.039
34 1.2 50 0.15 0.3 10 0.045
35 1.2 20 0.1 0.1 40 0.453
36 1.2 20 0.05 0.3 25 2.399
37 1.2 20 0.1 0.2 40 0.802
38 1.2 50 0.05 0.2 10 2.745
39 1.2 20 0.1 0.1 10 2.864
40 1.2 50 0.1 0.3 10 1.058
41 1.2 20 0.15 0.1 25 0.637
42 1.2 20 0.1 0.3 10 2.590
43 1.2 20 0.05 0.1 40 0.621
44 1.2 20 0.15 0.1 40 0.303
45 1.2 50 0.1 0.1 25 0.402
46 1.2 50 0.15 0.3 40 0.039
47 1.2 20 0.1 0.3 25 1.978
48 1.2 50 0.1 0.3 40 0.039
49 1.2 20 0.1 0.3 40 1.361
50 1.2 20 0.05 0.2 10 2.846
51 1.2 20 0.15 0.2 10 2.104
52 1.2 50 0.05 0.2 40 0.039
53 1.2 50 0.1 0.3 25 0.039
54 1.2 50 0.1 0.2 40 0.039
55 1.7 20 0.15 0.2 25 0.233
56 1.7 50 0.05 0.3 40 0.022
57 1.7 20 0.15 0.3 25 0.280
58 1.7 50 0.1 0.2 25 0.022
59 1.7 50 0.1 0.1 40 0.019
60 1.7 20 0.1 0.2 10 0.839
61 1.7 50 0.1 0.1 10 0.784
62 1.7 20 0.05 0.2 40 0.264
63 1.7 20 0.1 0.3 40 0.262
64 1.7 20 0.15 0.2 40 0.052
65 1.7 20 0.15 0.3 10 0.636
66 1.7 50 0.15 0.3 10 0.030
67 1.7 20 0.1 0.3 10 0.825
68 1.7 50 0.15 0.1 40 0.018
69 1.7 50 0.05 0.2 40 0.021
70 1.7 50 0.15 0.2 40 0.019
71 1.7 50 0.1 0.2 40 0.019
72 1.7 50 0.1 0.3 10 0.056
73 1.7 20 0.1 0.1 10 0.850
74 1.7 50 0.05 0.3 25 0.030
75 1.7 50 0.15 0.3 25 0.018
76 1.7 20 0.15 0.2 10 0.656
77 1.7 50 0.05 0.1 25 0.106
78 1.7 50 0.05 0.1 10 1.042
79 1.7 20 0.1 0.1 40 0.153
80 1.7 50 0.15 0.1 25 0.019
81 1.7 20 0.15 0.1 25 0.215
82 1.7 20 0.1 0.1 25 0.345
83 1.7 20 0.1 0.2 40 0.345
84 1.7 20 0.05 0.3 10 0.971
85 1.7 20 0.05 0.1 10 0.979
86 1.7 50 0.15 0.1 10 0.212
87 1.7 20 0.1 0.2 25 0.418
88 1.7 50 0.1 0.3 25 0.021
89 1.7 20 0.05 0.2 10 0.964
90 1.7 50 0.15 0.3 40 0.018
91 1.7 50 0.05 0.3 10 0.436
92 1.7 20 0.15 0.3 40 0.095
93 1.7 50 0.05 0.2 25 0.024
94 1.7 50 0.1 0.2 10 0.503
95 1.7 50 0.05 0.1 40 0.026
96 1.7 20 0.1 0.3 25 0.496
97 1.7 20 0.05 0.1 25 0.475
98 1.7 20 0.15 0.1 40 0.030
99 1.7 50 0.05 0.2 10 0.812
100 1.7 50 0.15 0.2 10 0.071
101 1.7 20 0.05 0.3 40 0.406
102 1.7 20 0.05 0.1 40 0.207
103 1.7 20 0.05 0.2 25 0.567
104 1.7 20 0.05 0.3 25 0.669
105 1.7 50 0.1 0.1 25 0.025
106 1.7 50 0.15 0.2 25 0.020
107 1.7 50 0.1 0.3 40 0.021
108 1.7 20 0.15 0.1 10 0.674
110 1.2 50 0.15 0.2 0 10.358
112 1.2 20 0.15 0.3 0 3.637
113 1.2 50 0.05 0.3 0 9.366
118 1.2 20 0.1 0.1 0 4.711
119 1.2 20 0.1 0.2 0 3.670
120 1.2 20 0.05 0.1 0 4.565
121 1.2 20 0.15 0.1 0 4.510
122 1.2 50 0.15 0.3 0 7.477
123 1.2 50 0.1 0.3 0 9.229
124 1.2 20 0.1 0.3 0 3.949
125 1.2 50 0.05 0.2 0 11.476
126 1.2 50 0.1 0.2 0 11.135
127 1.7 50 0.05 0.3 0 2.739
128 1.7 50 0.1 0.1 0 10.253
129 1.7 20 0.05 0.2 0 1.859
130 1.7 20 0.1 0.3 0 1.619
131 1.7 20 0.15 0.2 0 1.204
132 1.7 50 0.15 0.1 0 10.789
133 1.7 50 0.05 0.2 0 4.634
134 1.7 50 0.15 0.2 0 4.634
135 1.7 50 0.1 0.2 0 4.634
136 1.7 20 0.1 0.1 0 1.887
137 1.7 20 0.1 0.2 0 1.887
138 1.7 50 0.15 0.3 0 1.153
139 1.7 20 0.15 0.3 0 1.077
140 1.7 50 0.05 0.1 0 8.760
141 1.7 20 0.15 0.1 0 1.350
142 1.7 20 0.05 0.3 0 1.743
143 1.7 20 0.05 0.1 0 1.988
144 1.7 50 0.1 0.3 0 2.090
  • داده‌های المان‌محدود برای لوله برنجی

در جدول زیر مقادیر پارامترهای ورودی و خروجی برای خمکاری لوله برنجی ارایه شده است.

جدول (‏82): جدول (ج-2): داده‌های المان محدود برای خمکاری فشاری لوله برنجی

ردیف R/D D/t m1 m2 Pressure MWH
1 1.2 50 0.15 0.1 40 0.039
2 1.2 20 0.05 0.3 10 1.858
3 1.2 50 0.15 0.2 40 0.008
4 1.2 20 0.15 0.3 10 0.591
5 1.2 20 0.15 0.1 10 1.171
6 1.2 20 0.05 0.1 10 2.100
7 1.2 50 0.05 0.3 25 0.244
8 1.2 50 0.05 0.1 40 0.444
9 1.2 50 0.15 0.3 25 0.007
10 1.2 20 0.15 0.3 40 0.027
11 1.2 50 0.1 0.2 25 0.016
12 1.2 50 0.1 0.2 10 1.005
13 1.2 50 0.05 0.3 10 1.027
14 1.2 50 0.15 0.1 25 0.902
15 1.2 20 0.15 0.2 25 0.188
16 1.2 20 0.1 0.2 25 0.326
17 1.2 50 0.05 0.3 40 0.312
18 1.2 50 0.1 0.1 40 0.009
19 1.2 50 0.05 0.1 10 3.193
20 1.2 50 0.1 0.1 10 1.701
21 1.2 50 0.05 0.2 25 0.277
22 1.2 20 0.15 0.3 25 0.115
23 1.2 50 0.05 0.1 25 0.108
24 1.2 20 0.1 0.1 25 0.385
25 1.2 20 0.05 0.2 25 0.418
26 1.2 50 0.15 0.2 10 0.604
27 1.2 20 0.15 0.2 40 0.025
28 1.2 20 0.1 0.2 10 1.602
29 1.2 20 0.05 0.3 40 0.175
30 1.2 50 0.15 0.1 10 3.277
31 1.2 20 0.05 0.2 40 0.178
32 1.2 20 0.05 0.1 25 0.468
33 1.2 50 0.15 0.2 25 0.026
34 1.2 50 0.15 0.3 10 0.333
35 1.2 20 0.1 0.1 40 0.120
36 1.2 20 0.05 0.3 25 0.447
37 1.2 20 0.1 0.2 40 0.096
38 1.2 50 0.05 0.2 10 1.386
39 1.2 20 0.1 0.1 10 1.831
40 1.2 50 0.1 0.3 10 0.606
41 1.2 20 0.15 0.1 25 0.295
42 1.2 20 0.1 0.3 10 1.542
43 1.2 20 0.05 0.1 40 0.224
44 1.2 20 0.15 0.1 40 0.041
45 1.2 50 0.1 0.1 25 0.028
46 1.2 50 0.15 0.3 40 0.007
47 1.2 20 0.1 0.3 25 0.246
48 1.2 50 0.1 0.3 40 0.007
49 1.2 20 0.1 0.3 40 0.061
50 1.2 20 0.05 0.2 10 1.909
51 1.2 20 0.15 0.2 10 0.768
52 1.2 50 0.05 0.2 40 0.383
53 1.2 50 0.1 0.3 25 0.463
54 1.2 50 0.1 0.2 40 0.007
55 1.7 20 0.15 0.2 25 0.060
56 1.7 50 0.05 0.3 40 0.098
57 1.7 20 0.15 0.3 25 0.087
58 1.7 50 0.1 0.2 25 0.012
59 1.7 50 0.1 0.1 40 0.018
60 1.7 20 0.1 0.2 10 0.416
61 1.7 50 0.1 0.1 10 0.361
62 1.7 20 0.05 0.2 40 0.132
63 1.7 20 0.1 0.3 40 0.022
64 1.7 20 0.15 0.2 40 0.008
65 1.7 20 0.15 0.3 10 0.247
66 1.7 50 0.15 0.3 10 0.965
67 1.7 20 0.1 0.3 10 0.383
68 1.7 50 0.15 0.1 40 0.018
69 1.7 50 0.05 0.2 40 0.122
70 1.7 50 0.15 0.2 40 0.018
71 1.7 50 0.1 0.2 40 0.018
72 1.7 50 0.1 0.3 10 0.142
73 1.7 20 0.1 0.1 10 0.443
74 1.7 50 0.05 0.3 25 0.060
75 1.7 50 0.15 0.3 25 0.925
76 1.7 20 0.15 0.2 10 0.309
77 1.7 50 0.05 0.1 25 0.036
78 1.7 50 0.05 0.1 10 0.445
79 1.7 20 0.1 0.1 40 0.023
80 1.7 50 0.15 0.1 25 0.018
81 1.7 20 0.15 0.1 25 0.039
82 1.7 20 0.1 0.1 25 0.112
83 1.7 20 0.1 0.2 40 0.021
84 1.7 20 0.05 0.3 10 0.555
85 1.7 20 0.05 0.1 10 0.560
86 1.7 50 0.15 0.1 10 3.163
87 1.7 20 0.1 0.2 25 0.095
88 1.7 50 0.1 0.3 25 0.342
89 1.7 20 0.05 0.2 10 0.561
90 1.7 50 0.15 0.3 40 0.018
91 1.7 50 0.05 0.3 10 0.223
92 1.7 20 0.15 0.3 40 0.008
93 1.7 50 0.05 0.2 25 0.063
94 1.7 50 0.1 0.2 10 0.187
95 1.7 50 0.05 0.1 40 0.151
96 1.7 20 0.1 0.3 25 0.164
97 1.7 20 0.05 0.1 25 0.108
98 1.7 20 0.15 0.1 40 0.008
99 1.7 50 0.05 0.2 10 3.845
100 1.7 50 0.15 0.2 10 0.022
101 1.7 20 0.05 0.3 40 0.128
102 1.7 20 0.05 0.1 40 0.029
103 1.7 20 0.05 0.2 25 0.131
104 1.7 20 0.05 0.3 25 0.135
105 1.7 50 0.1 0.1 25 0.021
106 1.7 50 0.15 0.2 25 0.018
107 1.7 50 0.1 0.3 40 0.018
108 1.7 20 0.15 0.1 10 0.350
112 1.2 20 0.15 0.3 0 2.882
113 1.2 50 0.05 0.3 0 8.946
115 1.2 20 0.15 0.2 0 3.295
116 1.2 20 0.05 0.3 0 3.161
117 1.2 20 0.05 0.2 0 3.468
118 1.2 20 0.1 0.1 0 4.129
119 1.2 20 0.1 0.2 0 3.525
120 1.2 20 0.05 0.1 0 4.034
121 1.2 20 0.15 0.1 0 4.043
122 1.2 50 0.15 0.3 0 7.777
123 1.2 50 0.1 0.3 0 9.051
124 1.2 20 0.1 0.3 0 3.167
125 1.2 50 0.05 0.2 0 10.145
126 1.2 50 0.1 0.2 0 10.478
127 1.7 50 0.05 0.3 0 3.423
128 1.7 50 0.1 0.1 0 7.786
129 1.7 20 0.05 0.2 0 1.515
130 1.7 20 0.1 0.3 0 1.246
131 1.7 20 0.15 0.2 0 1.296
133 1.7 50 0.05 0.2 0 7.786
134 1.7 50 0.15 0.2 0 4.055
135 1.7 50 0.1 0.2 0 5.191
136 1.7 20 0.1 0.1 0 1.617
137 1.7 20 0.1 0.2 0 1.426
138 1.7 50 0.15 0.3 0 1.405
139 1.7 20 0.15 0.3 0 0.738
141 1.7 20 0.15 0.1 0 1.571
142 1.7 20 0.05 0.3 0 1.358
143 1.7 20 0.05 0.1 0 1.686
144 1.7 50 0.1 0.3 0 1.907

Abstract

On the advanced aircraft and aerospace engines, tubular components with small bend radius, including aluminum, titanium, stainless steel and high temperature alloys, are used widely in hydraulics, fuel piping and ducting to meet the demands of light weight and other special applications. The bend radius of these components is often one to two times of the tube diameter; hence, because of the small size of the bend radius, the risk of wrinkling in the intrados, thinning in the extrados, etc is high. In this way, cold bending of these tubular components needs special techniques. The tube push-bending is one of the bending methods for thin-walled tubes with small bend radii. In this method, a flexible material such as polyurethane and synthetic rubber is used as a mandrel. After putting the mandrel inside the tube, both of them are simultaneously pushed into a die by a plunger to form a bent part.

In this study, in order to reduce the wrinkling, a hybrid ANN-GA approach in conjunction with finite element analysis has been used to determine the optimum parameters of push-bending process. Firstly, FE simulations in different cases have been performed to generate the data sets. In order to validate the results of FE simulations some experimental tests have been carried out. Then, the results of FE simulations have been used for ANN training. Back propagation ANNs with Levenberg-Marquardt learning algorithm has been used to construct an empirical relation between five design parameters including relative bending radius, relative tube diameter, friction between die and tube, friction between tube and mandrel and pressure as network inputs and the maximum wrinkling height (MRH) as the single output. This ANN has been used as the fitness function in GA optimization. An optimal set of process parameters was obtained to produce a wrinkle-free bent tube. Finally, the achieved process parameters were implemented in an FE simulation to validate the GA results. The result shows that the presented approach in this study would make a great contribution toward producing wrinkle-free components in small-radii tube bending.

Keywords: Tube Push Bending, Artificial Neural Networks, Genetic Algorithm, metal foming

Amirkabir University of Technology

(Tehran Polytechnic)

 

 

Investigation of Tube Push Bending Process and Optimization of Effective Parameters Using Genetic Algorithm

A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science

By

……………….

Supervisor

Dr. Bijan Mollaei Dariani

Department of Mechanical Engineering

2010

[1] Shear Bending

[2] Rotary Draw Bending

[3] Pressure Benfing

[4] Ram Bending

[5] Push Benidng

[6] Roll Bending

[7] Extrados

[8] Intrados

[9] Urethane Rubber

[10] Cast Epoxy Resin

[11] Natural Rubber

[12] Synthetic Rubber

[13] Elastomer

[14] Bend die

[15] Pressure die

[16] Mandrel

[17] Wiper die

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسی فرآیند خمکاری فشاری لوله و بهینه-سازی پارامترهای آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

24 − 15 =